CN111420349A - 一种足底驱动式步态训练装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种足底驱动式步态训练装置，包括机架以及一副以上的运动训练模块，所述运动训练模块包括轨迹生成单元和相位调节单元；所述轨迹生成单元包括差动轮系机构和曲柄连杆机构，所述差动轮系机构包括内齿圈、行星齿轮、行星架和驱动轴，所述行星齿轮位于所述内齿圈中并与所述内齿圈相互啮合；所述曲柄连杆机构包括曲柄和连杆，所述曲柄与所述行星齿轮固定连接；所述相位调节单元用于带动所述内齿圈转动。本发明能够呈现人体步态轨迹运动，改变了圆周运动轨迹的单一训练模式，通过相位调节单元能够调节运动轨迹的形态和尺寸，形态分为上坡、下坡、水平和直动模式，满足不同身高和不同训练阶段的使用者的需求。

Description

一种足底驱动式步态训练装置

技术领域

本发明涉及健身康复器械领域，具体地说涉及一种足底驱动式步态训练装置。

背景技术

目前，国内偏瘫患者的数量日益增多，肢体康复训练也成为了研究热点。市面上普遍存在的肢体康复训练装置的运动轨迹大多为圆轨迹，而且轨迹单一，长期进行单一轨迹的康复训练过程，只能对肢体的局部进行康复训练，无法达到整体训练要求，大大降低了康复训练效果，并且单一的训练模式也会使患者的训练过程枯燥无味。另外也有些穿戴式足底运动机构，穿戴麻烦，和人体步态差别较大，且训练时两侧脚踏间距过大，不符合人体正常行走时脚部间距，无法满足患者的训练要求。

因此，开发出一种可变轨迹的步态训练装置尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种呈现人体步态轨迹运动，且形态可调，模式多样的足底驱动式步态训练装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种足底驱动式步态训练装置，包括机架以及一副以上的运动训练模块，所述运动训练模块包括轨迹生成单元和相位调节单元；

所述轨迹生成单元包括差动轮系机构和曲柄连杆机构，所述差动轮系机构包括内齿圈、行星齿轮、行星架和驱动轴，所述内齿圈转动安装在所述机架上，所述驱动轴转动安装在所述机架上，且所述驱动轴与所述内齿圈同轴线，所述行星架的一端与所述驱动轴固定连接，所述行星架的另一端与所述行星齿轮转动连接，所述行星齿轮位于所述内齿圈中并与所述内齿圈相互啮合；所述曲柄连杆机构包括曲柄和连杆，所述曲柄的一端与所述行星齿轮固定连接，所述曲柄的另一端与所述连杆的一端铰接相连；所述相位调节单元用于带动所述内齿圈转动。

进一步地，所述曲柄连杆机构还包括滑块，所述连杆的另一端与所述滑块铰接相连。

进一步地，所述曲柄连杆机构还包括槽轮导轨，所述滑块为槽轮，所述槽轮滚动安装在所述槽轮导轨上。

进一步地，所述曲柄连杆机构还包括脚踏，所述脚踏固定在所述连杆上。

进一步地，所述运动训练模块配置有两副，两副所述运动训练模块的所述曲柄连杆机构的所述脚踏相对位置可调地固定在所述连杆上，两副所述运动训练模块的所述差动轮系机构共用一个所述驱动轴。

进一步地，所述曲柄为长度可调结构。

进一步地，所述相位调节单元包括蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构包括蜗轮、蜗杆和相位调节电机，所述蜗轮同轴固定在所述内齿圈上，所述相位调节电机固定在所述机架上，所述蜗杆转动安装在所述机架上，且所述蜗杆与所述相位调节电机的输出轴固定连接，所述蜗杆与所述蜗轮相互啮合。

进一步地，还包括两副扶手模块，所述运动训练模块配置有两副，所述扶手模块包括扶手杆、扶手支架和扶手撑杆，所述扶手杆的中部铰接在所述扶手支架上，所述扶手杆的下端与所述扶手撑杆的一端铰接相连，两副所述扶手模块的所述扶手撑杆的另一端分别与两副所述运动训练模块的所述曲柄连杆机构的所述连杆或所述滑块铰接相连。

进一步地，还包括减重模块，所述减重模块包括减重架以及设置在所述减重架的上端的用于吊起人体的吊装机构。

进一步地，所述内齿圈通过支撑轴承转动安装在所述机架上，所述支撑轴承的定环固定在所述机架上，所述支撑轴承的动环固定在所述内齿圈上。

本发明的有益效果体现在：

本发明采用了差动轮系机构和曲柄连杆机构组合的形式，实现了人体步态轨迹运动，改变了圆周运动轨迹的单一训练模式，并且比一般的椭圆机的步态轨迹更加精准，穿戴方便。本发明采用了蜗轮蜗杆机构对周转轮系的中心轮进行调节，实现了相位调节功能，通过相位调节单元能够调节运动轨迹的形态和尺寸，形态分为上坡、下坡、水平和直动模式。本发明采用了长度可调的曲柄，通过调节曲柄长度改变输出步态轨迹运动的大小，满足不同身高和不同训练阶段的使用者的需求。本发明可以实现主动训练、助力训练和被动训练三种训练模式，具有调节灵活、使用范围广等特点，大大提高了使用者的训练效果。

附图说明

图1是本发明一实施例足底驱动式步态训练装置的立体结构示意图。

图2是图1所示足底驱动式步态训练装置的另一视角下的立体结构示意图。

图3是图1所示足底驱动式步态训练装置的主视结构示意图。

图4是图3的左视图。

图5是图3的俯视图。

图6是本发明一实施例足底驱动式步态训练装置的立体结构示意图。

图7是本发明一实施例足底驱动式步态训练装置的立体结构示意图。

图8是本发明一实施例足底驱动式步态训练装置的立体结构示意图。

附图中各部件的标记为：

10机架、101支撑柱、102安装板；

20运动训练模块、201内齿圈、202行星齿轮、203行星架、204驱动轴、205蜗轮、206蜗杆、207相位调节电机、208曲柄、209连杆、210槽轮、211槽轮导轨、212脚踏、213中心轴、214滚子轴承、215支撑轴承、216安装架、217横向腰圆孔；

30扶手模块、301扶手杆、302扶手支架、303扶手撑杆；

40减重模块、401底盘、支柱402、403扶手、404气弹簧、405吊杆、406吊绳；

50固定扶手。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。另外，“多个”指两个以上。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参见图1至图5。

本发明足底驱动式步态训练装置，包括机架10以及一副以上的运动训练模块20，所述运动训练模块20包括轨迹生成单元和相位调节单元；

所述轨迹生成单元包括差动轮系机构和曲柄连杆机构，所述差动轮系机构包括内齿圈201、行星齿轮202、行星架203和驱动轴204，所述内齿圈201转动安装在所述机架10上，所述驱动轴204转动安装在所述机架10上，且所述驱动轴204与所述内齿圈201同轴线，所述行星架203的一端与所述驱动轴204固定连接，所述行星架203的另一端与所述行星齿轮202转动连接，所述行星齿轮202位于所述内齿圈201中并与所述内齿圈201相互啮合；所述曲柄连杆机构包括曲柄208和连杆209，所述曲柄208的一端与所述行星齿轮202固定连接，所述曲柄208的另一端与所述连杆209的一端铰接相连；所述相位调节单元用于带动所述内齿圈201转动。

被动训练时，足部支撑在连杆上，由连杆带动足部及下肢进行锻炼，具体驱动过程为，驱动轴转动，带动行星架转动，继而行星架带动行星齿轮绕内齿圈的轴线进行公转，又因为行星齿轮与内齿圈是相互啮合的，而行星齿轮转动安装在行星架上，因此，行星齿轮会同时绕自身轴线进行自传，最终，曲柄的一端即会跟随行星齿轮做这两个运动，而曲柄的一端的运动轨迹为椭圆形，曲柄进一步将运动传递到连杆上，带动连杆运动，连杆上的任意一点的运动轨迹并不是曲柄一端的等比例缩放，而是一个新的形状的轨迹，与人体步态相同，当我们选取连杆上某一点，这个点处的运动轨迹就是精确的步态轨迹，从而能够实现较好的训练效果，而且不同点的运动轨迹、运动幅度均有所差别，可以根据需要选择；

上述这种连杆上某点的步态轨迹的长轴如果是呈水平，则能够模拟人进行水平行走的步态训练，如果是与水平线呈一定的正角或负角，则可以相应的模拟人进行爬坡和下坡的步态训练，而这种运动轨迹的角度的调整是通过相位调节单元带动内齿圈转动而实现的，具体进行相位调节时要在训练之前，停止轨迹生成单元的运动，然后启动相位调节单元，相位调节单元带动内齿圈转动，由于内齿圈与行星齿轮相互啮合，就会带动行星齿轮绕自身轴线进行自传，曲柄的一端与行星齿轮是固定连接的，继而行星齿轮带动曲柄转动，而此时行星架是固定不动的，因此，就可以改变初始状态下曲柄与行星架之间的角度，即是本发明所述的“相位调节”，当调节相位时，这个步态轨迹的形状和大小会发生改变，产生类似上坡、下坡、水平的步态轨迹，特殊情况下，当曲柄连杆机构的曲柄调节到某个尺寸时，曲柄一端的椭圆轨迹变成了水平直线的运动，连杆上的某一点的运动轨迹为直线，比如所述内齿圈201的齿数是所述行星齿轮202的齿数的两倍，当调整所述曲柄208的长度与所述行星架203长度相等时，即可出现这种情况。

所述驱动轴可以由电机通过减速器直接驱动，所述电机的工作方式有三种，电机主动驱动，带着使用者被动或助力训练；电机停止工作或处于发电状态，使用者进行主动阻抗训练。

本发明能够使康复训练装置通过调节相位，能辅助使用者进行爬坡、水平行走和下坡等不路况的步态训练，改变了圆周运动轨迹的单一训练模式，并且可以改变运动幅度大小、轨迹形式以满足不同训练阶段的需求，大大提高了使用者的训练效果。

所述行星架可以为盘形。

在一实施例中，所述机架10上共配置两副所述运动训练模块20，两副所述运动训练模块20两侧布置，以适用于双足双肢同时训练，使用者使用该装置训练时更加舒适，提高康复效果，优选地，两副所述运动训练模块20在分别设置在所述机架10的左右两侧，装置更加简洁。使用时，优选将两副运动训练模块的行星架的初始角度调整为180度，两副运动训练模块的曲柄之间的角度调整为180°，这样更加契合人体运动规律。

更优选地，两副所述运动训练模块20的所述差动轮系机构共用一个驱动轴，结构更加简洁，具体实施中可以采用双轴电机驱动。

优选地，所述机架10为左右对称结构，中间设置一根竖直的支撑柱101，用来支撑安装用于配合驱动轴的电机，左右两侧各设置一块竖直的安装板102，用来安装差动轮系机构和相位调节单元。

在一实施例中，所述曲柄连杆机构还包括滑块，所述连杆209的另一端与所述滑块铰接相连。

优选地，所述曲柄连杆机构还包括槽轮导轨211，所述滑块为槽轮210，所述槽轮210滚动安装在所述槽轮导轨211上。槽轮在槽轮导轨上滚动行走更加顺畅，这样设计，可以使曲柄连杆机构的滑块的直线往复运动更加稳定和流畅。

优选地，一个所述滑块由两个槽轮210组成，并相应为该两个槽轮210配置两个槽轮导轨211，正如图中所示。

优选的，所述槽轮导轨211与所述机架10固定连接。这样装置更加整体且结构稳定。

在一实施例中，所述曲柄连杆机构还包括脚踏212，所述脚踏212固定在所述连杆209上。这样设计，使用者可以站在脚踏上而支撑在连杆上，舒适度更高，实用性更好。

优选地，所述运动训练模块配置有两副，两副所述运动训练模块的所述曲柄连杆机构的所述连杆209上固定有安装架216，两副所述运动训练模块的所述曲柄连杆机构的所述脚踏212相对位置可调地固定在所述安装架216上。这样两个脚踏之间的间距可调，达到调节人体步宽的作用，以符合人行走时的正常脚部正常间距。

具体可以是，所述安装架216的上端开有前后两个圆孔，所述脚踏212的中部开有前后两个横向腰圆孔217，所述脚踏212和所述安装架216通过两个分别穿过相应所述横向腰圆孔217和所述圆孔的螺栓安装在一起。这样设计，脚踏可通过横向腰圆孔左右移动，从而调节两个脚踏之间的距离，达到调节人体步宽的作用。更优选地，所述安装架216呈L形，更加方便脚踏的安装固定，且结构简洁。

优选地，所述内齿圈201的齿数是所述行星齿轮202的齿数的两倍，当调整所述曲柄208的长度与所述行星架203长度相等时，脚踏的运动轨迹为往复的直线。

在一实施例中，所述曲柄208为长度可调结构。曲柄的一端跟随行星齿轮运动的轨迹为椭圆形，而该椭圆形轨迹的大小和形状可以通过调节曲柄连杆机构的曲柄的长度来改变，从而可以调节脚踏的轨迹运动幅度和轨迹形态。

优选地，所述曲柄208由大小两个套筒组成，每个套筒上设计有5个通孔，大套筒一侧的各个通孔处各焊接有一个螺母，带有星形把手的螺柱从另一侧通孔插入并拧紧，将大小两个套筒固定，改变两个套筒对应的通孔位置，即可调整曲柄的长度。当然，如何实现杆件的长度可调是本领域的公知常识，还有很多其它实现结构，不在此赘述，本发明不做特别限制。

在一实施例中，所述相位调节单元包括蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构包括蜗轮205、蜗杆206和相位调节电机207，所述蜗轮205同轴固定在所述内齿圈201外，所述相位调节电机207固定在所述机架10上，所述蜗杆206转动安装在所述机架10上，且所述蜗杆206与所述相位调节电机207的输出轴固定连接，所述蜗杆206与所述蜗轮205相互啮合。这样设计，结构简单，使用时，启动相位调节电机，相位调节电机带动蜗杆转动，继而蜗杆带动蜗轮转动，最终蜗轮带动行星齿轮转动而可以调节行星架和曲柄之间的角度，实现相位调节，操作十分方便，而且，这种结构，只要关闭相位调节电机，蜗杆停止转动，就能依靠蜗轮于蜗杆的相互啮合而将蜗轮锁死，内齿圈也就无法转动，从而不需要再训练时，使用其他零件来固定内齿圈，实用性好。

优选地，蜗杆206的两端通过轴承而水平转动安装在所述机架10上，其一端与所述相位调节电机207的电机轴通过联轴器联接。蜗轮与内齿轮一体式设计，容易制作，而且结构强度高、稳定。

在一实施例中，如图6所示，还包括两副扶手模块30，所述运动训练模块20配置有两副，所述扶手模块30包括扶手杆301、扶手支架302和扶手撑杆303，所述扶手杆301的中部铰接在所述扶手支架302上，所述扶手杆301的下端与所述扶手撑杆303的一端铰接相连，两副所述扶手模块30的所述扶手撑杆303的另一端分别与两副所述运动训练模块20的所述曲柄连杆机构的所述连杆209或所述槽轮210铰接相连。这种扶手模块，使用时，使用者双手握着扶手杆的上端，基于杠杆原理，扶手杆的下端与扶手杆的上端运动相反，扶手杆的下端携带扶手撑杆运动，继而扶手撑杆携带连杆或槽轮运动，扶手杆与连杆或槽轮可以实现同时运动，这样使用者的上肢就能够配合下肢运动，训练效果更好，也更加舒适。

在一实施例中，如图7所示，也可在机架两侧分别设置固定扶手50。用于在下肢训练时，上肢扶住以保证身体的平衡。

优选地，所述固定扶手50呈L形，结构简洁，可直接与机架相连，实现一体化。

在一实施例中，如图8所示，还包括减重模块40，所述减重模块40包括减重架以及设置在所述减重架的上端的用于吊起人体的吊装机构。这样设计，可以在训练时，对使用者产生向上的拉力，从而抵消部分使用者的自重，使训练更加轻便。

在一实施例中，所述减重架包括底盘401、固定在所述底盘401上的支柱402、固定在所述支柱402的中部的两个扶手403，所述吊装机构设置在所述支柱402的上端，所述支柱402的下端设有气弹簧404。这样设计，气弹簧可以起到缓冲以及调节高度的作用，而两个扶手则可以方便使用扶住，提高舒适性。

优选地，所述减重架还包括固定在所述支柱402的上端的两个吊杆405，所述吊装机构包括两根分别连接在两个所述吊杆405上的吊绳406。训练时，可以在使用者身上穿上背带，然后将吊绳连接在背带上，操作更加方便，而且使用两根吊绳，更加稳定。

在一实施例中，所述行星架203的另一端采用以下结构与所述行星齿轮202转动连接：所述行星齿轮202的中心同轴固定连接有中心轴213，所述行星架203的另一端安装有滚子轴承214，所述中心轴213插接在所述滚子轴承214的内圈中，所述曲柄连杆机构的所述曲柄208与所述中心轴213固定连接。这样设计，结构简单，容易制作。

在一实施例中，所述内齿圈201通过支撑轴承215转动安装在所述机架10上，所述支撑轴承215的定环固定在所述机架10上，所述支撑轴承215的动环固定在所述内齿圈201上。这样设计，结构简单，容易制作，而且能够保证内齿圈转动流畅。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种足底驱动式步态训练装置，其特征在于：包括机架以及一副以上的运动训练模块，所述运动训练模块包括轨迹生成单元和相位调节单元；

所述轨迹生成单元包括差动轮系机构和曲柄连杆机构，所述差动轮系机构包括内齿圈、行星齿轮、行星架和驱动轴，所述内齿圈转动安装在所述机架上，所述驱动轴转动安装在所述机架上，且所述驱动轴与所述内齿圈同轴线，所述行星架的一端与所述驱动轴固定连接，所述行星架的另一端与所述行星齿轮转动连接，所述行星齿轮位于所述内齿圈中并与所述内齿圈相互啮合；所述曲柄连杆机构包括曲柄和连杆，所述曲柄的一端与所述行星齿轮固定连接，所述曲柄的另一端与所述连杆的一端铰接相连；所述相位调节单元用于带动所述内齿圈转动。

2.如权利要求1所述的足底驱动式步态训练装置，其特征在于：所述曲柄连杆机构还包括滑块，所述连杆的另一端与所述滑块铰接相连。

3.如权利要求2所述的足底驱动式步态训练装置，其特征在于：所述曲柄连杆机构还包括槽轮导轨，所述滑块为槽轮，所述槽轮滚动安装在所述槽轮导轨上。

4.如权利要求1或2或3所述的足底驱动式步态训练装置，其特征在于：所述曲柄连杆机构还包括脚踏，所述脚踏固定在所述连杆上。

5.如权利要求4所述的足底驱动式步态训练装置，其特征在于：所述运动训练模块配置有两副，两副所述运动训练模块的所述曲柄连杆机构的所述脚踏相对位置可调地固定在所述连杆上，两副所述运动训练模块的所述差动轮系机构共用一个所述驱动轴。

6.如权利要求1或2或3所述的足底驱动式步态训练装置，其特征在于：所述曲柄为长度可调结构。

7.如权利要求1或2或3所述的足底驱动式步态训练装置，其特征在于：所述相位调节单元包括蜗轮蜗杆机构，所述蜗轮蜗杆机构包括蜗轮、蜗杆和相位调节电机，所述蜗轮同轴固定在所述内齿圈上，所述相位调节电机固定在所述机架上，所述蜗杆转动安装在所述机架上，且所述蜗杆与所述相位调节电机的输出轴固定连接，所述蜗杆与所述蜗轮相互啮合。

8.如权利要求1或2或3所述的足底驱动式步态训练装置，其特征在于：还包括两副扶手模块，所述运动训练模块配置有两副，所述扶手模块包括扶手杆、扶手支架和扶手撑杆，所述扶手杆的中部铰接在所述扶手支架上，所述扶手杆的下端与所述扶手撑杆的一端铰接相连，两副所述扶手模块的所述扶手撑杆的另一端分别与两副所述运动训练模块的所述曲柄连杆机构的所述连杆或所述滑块铰接相连。

9.如权利要求1或2或3所述的足底驱动式步态训练装置，其特征在于：还包括减重模块，所述减重模块包括减重架以及设置在所述减重架的上端的用于吊起人体的吊装机构。

10.如权利要求1或2或3所述的足底驱动式步态训练装置，其特征在于：所述内齿圈通过支撑轴承转动安装在所述机架上，所述支撑轴承的定环固定在所述机架上，所述支撑轴承的动环固定在所述内齿圈上。

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